为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题,以5083-O铝合金为研究对象,进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响,并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明,超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低,主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度,并促进气泡的快速逸出；超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态,使熔池的结晶条件发生改变,从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织；施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa,且断裂位置发生在热影响区,主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。

为了研究气体喷嘴形状对焊接成形质量的影响,采用了建立不同形状喷嘴的外流场数值模型的方法,进行了数值仿真和实验验证。在相同工艺参量下,采用YAG激光-MIG电弧复合热源,对10mm厚的5083铝合金板进行了平板堆焊试验。结果表明,多排圆管喷嘴的焊接过程最稳定,焊缝熔深和熔宽最大,分别为9.41mm和4.45mm,但其气孔率却最高达7.34%;单个方管的保护效果最好,但其焊接过程稳定性、熔深和熔宽均介于多排圆管与单个圆管喷嘴之间;而单个圆管除了保护效果介于多排圆管与单个方管之间外,其过程稳定性最差,焊缝形貌特征值最小;保护气体喷嘴为方形时,保护效果最佳。该结果验证了数值模型计算所得到的各种喷嘴有效保护范围和气流挺度。

为了研究激光-电弧复合焊不同引导方式对铝合金焊接成形质量的影响, 采用YAG激光-MIG电弧复合热源对10 mm厚5083铝合金板进行平板堆焊试验, 并采用HANNOVER电弧分析仪、高速摄像机、金相显微镜等设备研究不同引导方式下焊缝宏观组织和微观组织的影响。研究表明, 不同引导方式对焊缝成形有较大影响。电弧引导激光焊接(Arc-laser hybrid welding leading, AL)时, 激光与电弧两热源的耦合效果好, 焊缝截面成型良好, 为典型的“蘑菇”状; 激光引导电弧焊接(Laser-Arc hybrid welding leading, LL)激光电弧作用区主要为等轴细晶粒, AL为明显的等轴树枝晶和细小的等轴晶粒。同时二者接头焊缝中心硬度值均略低于焊缝中心到熔合线之间的硬度值。LL焊接较AL时熔池振荡严重, 熔滴易呈爆炸倾向过渡。